Quando um a³vulo de quase todas as espanãcies reproduzidas sexualmente éfertilizado, desencadeia uma sanãrie de ondas que ondulam pelasuperfÍcie do a³vulo. Essas ondas são produzidas por bilhaµes de protea­nas ativadas que surgem atravanãs da membrana do ovo como fluxos de pequenos sentinelas escavadores, sinalizando para que o ovo comece a se dividir, dobrar e se dividir novamente, para formar as primeiras sementes celulares de um organismo.

Em cada ovo, a equipe introduziu uma protea­na para imitar o ini­cio da fertilização e registrou o padrãode ondas que ondulavam em suassuperfÍcies em resposta. Eles observaram que cada onda emergia em um padrãoespiral e que várias espirais giravam pelasuperfÍcie de um ovo de cada vez. Algumas espirais apareceram espontaneamente e giraram em direções opostas, enquanto outras colidiram de frente e desapareceram imediatamente.

Os pesquisadores perceberam que o comportamento dessas ondas em turbilha£o ésemelhante a s ondas geradas em outros sistemas aparentemente não relacionados, como os va³rtices nos fluidos qua¢nticos, as circulações na atmosfera e nos oceanos e os sinais elanãtricos que se propagam pelo coração e cérebro.

"Nãose sabia muito sobre a dina¢mica dessas ondas desuperfÍcie nos ovos e, depois que comea§amos a analisar e modelar essas ondas, descobrimos esses mesmos padraµes em todos esses outros sistemas", diz o fa­sico Nikta Fakhri, Thomas D. e Virginia. W. Cabot Professor Assistente do MIT. "a‰ uma manifestação desse padrãode onda muito universal".

"Abre uma perspectiva completamente nova", acrescenta Ja¶rn Dunkel, professor associado de matemática do MIT. "Vocaª pode emprestar muitas técnicas que as pessoas desenvolveram para estudar padraµes semelhantes em outros sistemas, para aprender algo sobre biologia".

Fakhri e Dunkel publicaram seus resultados hoje na revista Nature Physics . Seus co-autores são Tzer Han Tan, Jinghui Liu, Pearson Miller e Melis Tekant, do MIT.

Estudos anteriores demonstraram que a fertilização de um a³vulo ativa imediatamente o Rho-GTP, uma protea­na dentro do a³vulo que normalmente flutua no citoplasma da canãlula em um estado inativo. Uma vez ativados, bilhaµes de protea­nas saem do pa¢ntano do citoplasma para se fixarem na membrana do ovo, serpenteando ao longo da parede em ondas.

"Imagine se vocêtem um aqua¡rio muito sujo e, quando um peixe nada perto do copo, vocêpode vaª-lo", explica Dunkel. "De maneira semelhante, as protea­nas estãoem algum lugar dentro da canãlula e, quando ativadas, aderem a  membrana e vocêcomea§a a vê-las se mover".

Fakhri diz que as ondas de protea­nas que se movem atravanãs da membrana do ovo servem, em parte, para organizar a divisão celular em torno do núcleo da canãlula.

"O ovo éuma canãlula enorme, e essas protea­nas precisam trabalhar juntas para encontrar seu centro, para que a canãlula saiba onde se dividir e dobrar, muitas vezes, para formar um organismo", diz Fakhri. "Sem essas protea­nas produzindo ondas, não haveria divisão celular".

Em seu estudo, a equipe se concentrou na forma ativa do Rho-GTP e no padrãode ondas produzidas nasuperfÍcie do ovo quando eles alteravam a concentração da protea­na.

Para seus experimentos, eles obtiveram cerca de 10 a³vulos dos ovários de estrelas do mar atravanãs de um procedimento ciraºrgico minimamente invasivo. Eles introduziram um horma´nio para estimular a maturação e também injetaram marcadores fluorescentes para se ligarem a quaisquer formas ativas de Rho-GTP que surgiram em resposta. Eles então observaram cada ovo atravanãs de um microsca³pio confocal e observaram bilhaµes de protea­nas sendo ativadas e ondulando pelasuperfÍcie do ovo em resposta a concentrações variadas da protea­na hormonal artificial.

"Dessa forma, criamos um caleidosca³pio de diferentes padraµes e analisamos a dina¢mica resultante", diz Fakhri.

Os pesquisadores primeiro montaram va­deos em preto e branco de cada ovo, mostrando as ondas brilhantes que viajavam sobre suasuperfÍcie. Quanto mais brilhante uma regia£o em uma onda, maior a concentração de Rho-GTP nessa regia£o em particular. Para cada va­deo, eles compararam o brilho ou a concentração de protea­na de pixel em pixel e usaram essas comparações para gerar uma animação dos mesmos padraµes de onda.

A partir de seus va­deos, a equipe observou que as ondas pareciam oscilar para fora como pequenas espirais semelhantes a furacaµes. Os pesquisadores rastrearam a origem de cada onda atéo núcleo de cada espiral, a que se referem como "defeito topola³gico". Por curiosidade, eles rastrearam o movimento desses defeitos. Eles fizeram algumas análises estata­sticas para determinar a rapidez com que certos defeitos se moviam nasuperfÍcie de um ovo, e com que frequência e em quais configurações as espirais apareciam, colidiam e desapareciam.

Em uma reviravolta surpreendente, eles descobriram que seus resultados estata­sticos e o comportamento das ondas nasuperfÍcie de um ovo eram os mesmos que o comportamento das ondas em outros sistemas maiores e aparentemente não relacionados.

"Quando vocêolha para as estata­sticas desses defeitos, éessencialmente o mesmo que va³rtices em um fluido, ondas no cérebro ou sistemas em uma escala maior", diz Dunkel. "a‰ o mesmo fena´meno universal, reduzido aonívelde uma canãlula".

Os pesquisadores estãoparticularmente interessados ​​na semelhança das ondas com as idanãias na computação qua¢ntica. Assim como o padrãode ondas em um ovo transmite sinais específicos, neste caso de divisão celular, a computação qua¢ntica éum campo que visa manipular a¡tomos em um fluido, em padraµes precisos, a fim de traduzir informações e realizar ca¡lculos.

"Talvez agora possamos emprestar idanãias de fluidos qua¢nticos para construir minicomputadores a partir de células biológicas", diz Fakhri. "Esperamos algumas diferenças, mas tentaremos explorar [ondas de sinalização biológica] ainda mais como uma ferramenta de computação".